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出版者:国防工业出版社

作者:施洪昌编

出品人:

页数:406

译者:

出版时间:2001-1

价格:32.0

装帧:精装

isbn号码:9787118026542

丛书系列:

图书标签:

• 高低速风洞测量与控制系统设计
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气动学基础与实验方法新探 本书聚焦于现代气动学理论的前沿进展，结合先进的实验技术与数据处理方法，为研究人员、工程师及高年级本科生提供了一部深入且实用的参考资料。全书摒弃了对传统风洞操作流程的冗长描述，转而深入探讨气流场特性的量化分析与复杂流动现象的本质规律。 第一部分：湍流建模与数值模拟的边界 本部分内容侧重于高雷诺数流动中湍流的精细化描述与计算流体力学（CFD）的局限性突破。我们首先回顾了经典湍流模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ SST 模型）在处理壁面边界层分离和再附着区域时的固有缺陷，并详细阐述了近年来发展起来的大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的最新进展及其在工程应用中的算例优化。 湍流微尺度结构分析： 深入剖析了湍流涡系结构在不同普朗特数（Pr）流体中的标度律变化。重点介绍了利用高分辨率粒子图像测速（PIV）技术，结合三维时空关联函数（Three-dimensional Temporal Correlation Functions），对非均匀湍流中的涡量扩散机制进行量化评估的方法。讨论了湍流能量级串（Energy Cascade）在低速和高速非可压缩流体中的差异，并引入了基于信息熵的湍流复杂性度量指标。 混合雷诺数流动的建模挑战： 探讨了涉及多相流或化学反应的复杂流动系统，特别是涉及燃烧、气化或喷雾过程中的气动效应。引入了混合尺度的非平衡态统计力学方法，用以描述不同尺度的物理过程如何相互耦合，并提出了在多尺度模型中实现计算稳定性和物理准确性的新颖耦合算法。 第二部分：先进传感技术与非接触式测量系统 本部分将实验气动学的重点从传统的压力和力学测量，转移到对瞬态、多点和高空间分辨率流场信息的获取。我们详细介绍了几种前沿的非接触式流场诊断技术及其在复杂几何体气动测试中的部署策略。 高频响应压力传感网络： 阐述了基于微机电系统（MEMS）的集成式压力传感器阵列的设计原理与校准流程。重点分析了如何利用这些阵列实现对阵面气动载荷（Aeroacoustic Load）的实时、分布式监测，特别是针对跨声速和激波/边界层相互作用区域的瞬态压力脉动捕捉。讨论了传感器间串扰效应的消除技术。 激光散射技术在流场诊断中的应用： 详尽介绍了基于拉曼散射（Raman Scattering）和弹性背散射（Rayleigh Scattering）的速度测量技术。与传统的激光多普勒测速（LDA）相比，这些技术如何实现对温度场和组分浓度的同步测量。特别关注了在高温或化学活性流场中，如何通过优化激光参数和光谱滤波单元，提高信噪比和测量精度。 时间分辨成像技术： 深入探讨了超快时间尺度成像技术，如基于飞秒激光的合成光束成像（Coherent Light Imaging）在捕捉激波传播、湍流脉动和微涡旋演化中的应用。详细解析了如何利用时间延迟积分（Time-Delay Integration）技术来重建三维、四维的瞬态流场数据。 第三部分：智能数据处理与前馈控制的理论基础 本部分摒弃了对传统反馈控制回路的描述，而是侧重于利用大数据分析和机器学习方法来预测和主动干预气动现象，以实现对流场特性的精确塑形（Flow Shaping）。 高维气动数据降维与特征提取： 介绍了主成分分析（PCA）、独立成分分析（ICA）以及更先进的本征正交分解（POD）技术在处理大规模、高维实验数据（如PIV/PTV采集的数百万个数据点）中的应用。重点在于如何识别出驱动气动性能变化的关键“模态”（Modes），而非简单的统计平均值。 基于深度学习的流动预测模型： 阐述了如何利用卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）构建气动数据库的代理模型（Surrogate Models）。讨论了如何训练模型以实现对非线性气动力的短时预测，以及如何利用注意力机制（Attention Mechanism）来增强模型对关键区域（如翼尖涡或尾流核心）的敏感性。 主动流动控制的优化设计框架： 探讨了如何将预测模型与优化算法（如遗传算法或强化学习）相结合，设计出最优化的主动控制策略。核心在于确定“最优激励器放置位置”和“最小激励能量”来达到期望的气动目标（如降低阻力或增强升力）。我们分析了如何设计能够在不确定性下鲁棒工作的控制律，而非仅仅在理想工况下表现良好的控制器。 第四部分：特定复杂气动环境下的分析方法 本部分聚焦于当前空气动力学研究中的几个高难度、高附加值的特定应用场景，强调分析工具的选择与组合。 高超声速气动热效应分析： 探讨了在高焓、高热流密度环境下的流固耦合问题。重点分析了化学反应、非平衡态流动对表面热载荷分布的影响。介绍了如何利用烧蚀材料的热响应数据，反推近壁面气动参数的精确值。 低速大迎角气动稳定性分析： 针对失速和尾翼失稳临界点的研究，讨论了如何利用高频气动弹性力学模型，结合非线性气动载荷模型，预测结构在周期性气动载荷下的疲劳寿命和动态响应。分析了动态失速过程中气动非线性机理的触发条件。 透平机械内部流动的高效诊断： 针对涡轮叶片内部通道，如何克服几何复杂性和高速旋转带来的测量挑战。详细介绍了同步旋转的激光测速系统（Rotating-Frame LDA）和磁致伸缩传感器在监测流体输运效率和叶片振动耦合方面的最新进展。 本书旨在提供一种超越传统风洞操作手册的视角，将读者引导至气动科学前沿的理论构建、尖端实验技术以及智能数据驱动的工程实践领域。全书的案例和方法论均力求反映近五年内国际顶尖学术会议和期刊的最新研究成果。

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这本书的排版和图文质量也值得一提，这对于一本技术书籍来说，往往是衡量其专业度的重要标准。图表清晰、线条精准，特别是那些复杂的系统框图，逻辑层次分明，没有出现任何让人费解的交叉引用或视觉混乱。更令人惊喜的是，作者似乎对当前工业界普遍使用的软件平台（如LabVIEW或Python的特定数据处理库）有深入的了解，并在附录中穿插了大量的代码片段示例和配置指南。这极大地降低了读者将书本知识转化为实际应用的工作量。我原本担心这本书的内容会因为技术的快速迭代而显得过时，但它侧重于底层原理和系统架构的设计，这些核心要素具有很强的长期适用性。它没有过度沉迷于追逐最新的硬件型号，而是着力于构建一套“面向未来扩展”的系统框架。这种前瞻性的视角，让这本书在浩瀚的技术文献中脱颖而出，成为了一本值得反复查阅的工具书。

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说实话，我最初对这本书的期待值是中等的，毕竟“测量与控制系统设计”这个主题听起来总有点枯燥的工程化意味。我更倾向于关注空气动力学本身的最新发现。但是，当我读到关于实时数据可视化和异常诊断模块的设计时，我的看法发生了根本性的转变。这本书的精妙之处在于它成功地架起了一座理论与工程实践之间的桥梁，而且这座桥修得异常坚固。它详细剖析了在高速风洞中，诸如激波附着、边界层转捩等现象如何通过高频动态压力传感器和高速摄像系统被捕捉，并且强调了软件算法在数据清洗和去噪中的关键作用。我尤其欣赏其中关于系统冗余和故障安全机制的讨论，这对于动辄需要数百万乃至上千万投入的大型风洞设施来说，是生死攸关的问题。这本书完全没有回避实际操作中的“脏活累活”，比如如何对复杂的布线和电磁干扰进行有效的屏蔽。这让我感受到作者在编写过程中，始终紧扣着“确保实验数据的可靠性与连续性”这一核心目标，而不是空泛地谈论“设计”二字。

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我必须承认，在开始阅读前，我对“高低速”这三个字所代表的跨越性挑战抱有极大的怀疑。从亚音速到跨音速再到超音速，流场特性的变化是几何级的，如何用一套统一或灵活切换的控制系统来应对，难度极高。然而，本书的第三部分，专门阐述了跨介质工作模式下的“状态切换逻辑”和“气动模型实时修正”的部分，彻底颠覆了我的认知。作者巧妙地运用了多点标定的策略，结合在线的阻力/升力系数实时估计，使得系统在不同马赫数区间内能保持极低的控制误差。这部分内容的复杂度和创新性，我认为已经触及到了该领域研究的前沿水平。这本书的价值不在于展示了如何设计一个简单的定速风洞，而在于提供了一套应对复杂气动环境的、具有高度鲁棒性和适应性的系统级解决方案。读完后，我感到自己对风洞测试的理解，已经从一个单纯的“测试执行者”提升到了一个“系统架构师”的高度。

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这本《高低速风洞测量与控制系统设计》的厚度着实让我吃了一惊，拿到手的时候感觉沉甸甸的，光是目录部分就展现出了一套极具系统性和深度的工作流程。我原本以为这会是一本侧重于基础流体力学原理的普及读物，毕竟“风洞”这个词汇本身就带着一种经典实验室的意味。然而，翻开前几章，我就发现自己完全低估了它的内容广度。作者显然是一位实战经验极其丰富的工程师，他并没有过多纠缠于那些大学教科书中已经被嚼烂的理论，而是直奔主题——如何将理论转化为一套稳定、精确的工程系统。从传感器选型、数据采集板卡的工作原理，到整个控制回路的PID参数整定，无不体现出一种对实际工程问题的深刻理解。特别是关于如何处理高低速切换过程中产生的气动弹性效应和热效应的部分，我的预期是被远远超出了。这本书的叙述风格严谨而务实，就像一本现场操作手册，每一个步骤都清晰到可以被直接用于项目实施，而不是停留在概念层面。对于正在搭建新一代风洞或者急需升级现有系统的技术人员来说，这本著作的价值是无可替代的，它提供的不仅仅是知识，更是一种“做过”的经验沉淀。

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阅读这本书的过程，对我而言更像是一次高强度的专业培训，而不是简单的知识汲取。我特别注意到作者在描述复杂控制策略时所采用的类比和图示，它们非常直观，即使是初次接触特定控制算法的人也能迅速把握其核心思想。比如，作者对比了基于经典反馈回路和基于模型预测控制（MPC）在处理风洞动态响应非线性和时滞性问题上的优劣，并且给出了具体的数学模型和仿真验证流程。这种层次感极强的解析，使得本书的受众范围比我想象的要宽泛得多——它既能满足资深工程师对系统优化深度的探究，也能为高年级本科生或研究生提供一个清晰的、可执行的项目蓝图。书中对不同量程传感器校准曲线的非线性补偿方法的详细论述，更是体现了作者对精度极限的执着追求。总而言之，这本书的深度和广度，远超出一本常规技术手册的范畴，更像是一部结合了前沿研究成果和成熟工程经验的“圣经”。

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